活性炭深度处理纺织染料废水

　　染料广泛应用于各个行业，包括纺织、制革、皮革、食品、油漆、造纸和化妆品行业。染色过程中使用了大量的水，产生大量废水，由于其成分复杂，被认为是各种工业废水中污染很严重的。本次研究采用顺序厌氧移动床生物膜反应器和粉末活性炭-好氧膜生物反应器处理纺织废水。在活性炭反应器中的生物活性可以再生活性炭 。传统上，活性炭的吸附和生物处理是连续的过程。活性炭吸附和生物降解在一个过程中的结合提高了出水质量，降低了运营成本，提高了活性炭的使用率。因此，采用活性炭工艺处理纺织染料废水，以满足排放标准和再利用要求。

　　活性炭生物反应器设计

　　运行活性炭-生物反应器以验证所提出的动力学模型。用经过驯化和浓缩的混合培养物对其进行接种，并使用单条多孔空气扩散器在均质条件下保持24小时，以形成初始的生物膜附着。图1是活性炭反应器装置的示意图。反应器由玻璃圆筒组成，活性炭用作固定生物膜的支撑介质。反应器的孔隙率为85%。将带有孔筛的铁板放置在活性炭的顶部以固定其位置并防止被冲走。活性炭反应器需要1.568L的有效操作体积才能产生4小时的水力停留时间，使用循环水浴作为外壳夹套的入口和出口。流入端口位于反应器的底部并用蠕动泵进料。采用运行的单条式空气扩散器以确保活性炭反应器性能的本体液相中的完全混合条件。定期从活性炭柱测试的进水和流出物中收集样品用于COD、总悬浮固体(TSS)和挥发性悬浮固体(VSS)测量。

　　图1：活性炭-生物反应器装置示意图。

　　纺织染料废水吸附常数的测定

　　不同活性炭用量在24和54小时后COD和ADMI的变化如图2所示。在初始COD浓度为88-136mg/L的情况下，分别通过吸附染料废水24和52小时来完全去除COD需要45和30g的活性炭用量(图2ab)。ADMI的降低和去除趋势随活性炭用量24和52小时的变化与COD变化相似(图2)。ADMI随着活性炭用量的增加而降低。活性炭吸附24小时和52小时后，残留ADMI分别为4-5和5-7。随着活性炭用量≥30g，ADMI的去除效率从88-96%提高到90-95%。

　　图2：不同活性炭重量下化学需氧量(COD)和颜色单位(ADMI)的变化，(a)COD减少，(b)COD去除，(c)ADMI减少，和(d)ADMI去除。

　　活性炭反应器中的COD利用率

　　来自现场处理厂的纺织染料废水的流出物用于评估通过吸附和生物降解在活性炭反应器中的COD去除效率。将初始生物膜厚度指定为0.2-9μm作为数学模型的输入值。因此，假设为5.5μm的初始生物膜厚度落入0.2-9μm的范围内。比较测量和预测的数据以验证活性炭动力学模型系统。活性炭反应器中连续流动的流出物COD浓度随时间变化，如图3a所示。由于活性炭反应器充当活性炭吸附器，COD浓度在试运行开始时开始突然增加。COD值在2天的试运行后达到峰值。在2-10天的过渡阶段监测COD的减少。COD浓度的下降是由于在此期间活跃的生物膜生长。由于生物膜生长稳定，COD利用率在10-34天的试运行期间变得稳定。稳态阶段的实验结果表明，平均COD去除效率约为94.45%。实验结果的COD值高于稳态阶段模型模拟所得的值。这可能是由于流出物中产生的可溶性微生物产物。

　　图3：实验结果和模型模拟(a)COD流出物，(b)生物质生长，(c)流入生物膜和活性炭的通量，(d)COD去除，(e)COD曲线，和(f)COD流出物各种有机负载率(OLR)。

　　活性炭深度处理纺织染料废水，对活性炭的吸附进行批量实验以确定吸附常数，由实验数据和模型模拟确定。本研究中开发的活性炭模型通过运行活性炭-生物反应器来处理来自最终排放点的真实纺织染料废水进行了验证。在测试过程中研究了吸附和生物降解的主要机制。出水COD和悬浮生物量的实验结果与模型模拟吻合良好。COD、NH4+的高去除效率、色泽均达到排放标准，满足纺织染料废水的回用要求。本工作中提出的建模和实验方法可用于设计用于处理纺织染料废水的全尺寸活性炭-生物反应器，以满足排放标准和再利用标准。